1S3 : TP du jeudi 15 septembre 2016

1S3 : TP du jeudi 15 septembre 2016 - Construction de l’image donnée par une lentille, vérification
expérimentale des formules de conjugaison des lentilles minces
I) Définitions à connaître (voir cours)
a. distance focale image f’ = OF ’ ;
b. vergence V = 1 / f’ = inverse de la mesure algébrique OF ’ ;
c. distance focale objet f = -f’ = opposé de la mesure algébrique OF ’ ;
OA ’
d. grandissement γ =
;
OA
e. position de l’objet p = OA (si p < 0 : objet réel et si p > 0 : objet virtuel) ;
f. position de l’image p’ = OA ' (si p’>0 : image réelle et si p’<0 : image virtuelle) ;
II) Symbole et points caractéristiques des lentilles minces convergente et divergente (APP, REA,
VAL)
A - Dessiner, sur votre compte-rendu, une figure représentant une lentille mince convergente quelconque
avec :
• la lentille ;
• son axe optique ;
• son centre optique O ;
• son foyer image F’ ;
• son foyer objet F ;
• le sens positif par convention de gauche à droite, dans le sens de la propagation de la lumière et de
bas en haut, perpendiculairement à l’axe optique ; vous préciserez le signe de la mesure algébrique
OF ’ (distance focale image) ainsi que le signe de la mesure algébrique OF et vous
indiquerez quelle est la relation qui existe entre ces deux mesures algébriques ;
• rappelez comment on définit la distance focale et la vergence d’une lentille ainsi que les deux
unités internationales pour mesurer ces deux grandeurs ;
B - Faire la même chose avec une lentille mince divergente quelconque.
III) Rappel des trois règles de construction d’une image par une lentille (voir cours)
• Tout rayon entrant parallèlement à l’axe optique ressort en passant par le foyer image F’ (en
dessiner un en rouge et fléché sur les deux lentilles de la question 1, attention, un prolongement de
rayon - virtuel - se dessine en pointillés) ;
• Tout rayon passant par le centre optique O de la lentille n’est pas dévié (en dessiner un en rouge et
fléché sur les deux lentilles de la question 1 ;
• Tout rayon entrant par la lentille en passant par son foyer objet F ressort parallèlement à l’axe
optique (en dessiner un en rouge et fléché sur les deux lentilles de la question 1, attention, un
prolongement de rayon - virtuel - se dessine en pointillés) ;
IV) Utilisation des trois règles de construction pour construire l’image A’B’ d’un objet AB par la
lentille mince sur une feuille millimétrée (APP, REA, VAL)
• Schéma 1 (à faire sur feuille millimétrée) : distance focale OF ’ = 2 cm, objet (AB) de 2 cm
situé 3 cm avant la lentille. Donner la position (mesure algébrique OA ’ avec son signe) ainsi
que la taille de l’image (mesure algébrique A ’ B ' avec son signe) ;
• Schéma 2 (à faire sur feuille millimétrée) : distance focale OF ’ = 2 cm, objet (AB) de 2 cm
situé 4 cm avant la lentille. Donner la position (mesure algébrique OA ’ avec son signe) ainsi
que la taille de l’image (mesure algébrique A ’ B ' avec son signe) ;
• Schéma 3 (à faire sur feuille millimétrée) : distance focale OF ’ = 2 cm, objet (AB) de 2 cm
situé 6 cm avant la lentille. Donner la position (mesure algébrique OA ’ avec son signe) ainsi
que la taille de l’image (mesure algébrique A ’ B ' avec son signe).
1/2
V) Vérification de la validité des formules de conjugaison (mathématiques) par rapport aux
constructions géométriques sur feuilles millimétrées, à l’animation flash et au banc d’optique
a) Formule de position (voir cours) :
1 1 1
− =
p' p f '
b) Formule du grandissement (voir cours) :
p' A ' B'
γ= =
p
AB
c) Vérifier la validité des formules de conjugaison avec les constructions géométriques sur feuille
millimétrée du § III) : (APP, REA, VAL, COM)
• Construction 1 : f’ = 2 cm, p = - 3 cm, taille de l’objet = 2 cm ;
• Construction 2 : f’ = 2 cm, p = - 4 cm, taille de l’objet = 2 cm ;
• Construction 3 : f’ = 2 cm, p = - 6 cm, taille de l’objet = 2 cm.
d) Vérifier la validité des formules de conjugaison à l’aide de l’animation de Geneviève Tulloue : (APP,
REA, VAL, COM)
• L’animation se trouve en cliquant sur le lien suivant : http://www.sciences.univnantes.fr/sites/genevieve_tulloue/optiqueGeo/lentilles/lentille_mince.html )
• Faire tous les essais possibles pour retrouver les situations analogues à la question c) et refaire les
calculs mais, non plus à l’aide des feuilles millimétrées, mais à l’aide de l’animation flash ;
◦ Construction 1 : f’ = 20 cm, p = - 30 cm, taille de l’objet = 2 divisions ;
◦ Construction 2 : f’ = 20 cm, p = - 40 cm, taille de l’objet = 2 divisions ;
◦ Construction 3 : f’ = 20 cm, p = - 60 cm, taille de l’objet = 2 divisions ;
e) Vérifier la validité des formules de conjugaison à partir de mesure réalisées sur banc d’optique : (APP,
ANA, REA, VAL, COM)
• Ecrire toutes vos mesures et tous vos calculs dans un tableau, structuré de la manière suivante :
1. 1ère colonne : p = position de l’objet = mesure algébrique OA (négative ici car l’objet est
toujours à gauche de la lentille) ;
2. 2ème colonne : p’ = position de l’image nette sur l’écran = mesure algébrique OA ' (positive
ici car l’image est toujours à droite de la lentille) ;
3. 3ème colonne : taille de l’objet = mesure algébrique AB (positive et constante égale à + 20
mm car l’objet est vers le haut et mesure toujours 2 cm de haut, à vérifier tout de même) ;
4. 4ème colonne : taille de l’image = mesure algébrique A ' B' (négative ici car l’image sur
l’écran est réelle donc toujours renversée.), à mesurer lorsque l’image est nette ;
5. 5ème colonne : calcul à faire à partir le la formule de position : f’ = 1/(1/p’-1/p) ;
6. 6ème colonne : calcul du grandissement à partir des mesures expérimentales des colonnes 4
et 3 en divisant la mesure algébrique A ' B' par la mesure algébrique AB ;
7. 7ème colonne : calcul à faire à partir le la formule du grandissement : gamma = γ = p’/p =
OA ' / OA = colonne 2 divisée par colonne 1 ;
• Remplir un premier tableau avec f’ = 200 mm et un second tableau avec f’ = 100 mm ;
• Conclure. Voici quelques étapes clé pour vous aider à cheminer dans votre raisonnement :
1. Regarder la 4ème colonne. Que remarque-t’on ?
2. Regarder les deux dernières colonnes. Que remarque-t’on ?
3. Que peut-on conclure à partir des deux remarques précédentes ?
4. Réfléchir la validité des résultats expérimentaux par rapport aux résultats théoriques
escomptés ou l’un par rapport à l’autre (écart observé entre résultat expérimental et résultat
théorique ou entre plusieurs résultats expérimentaux, nombre de points insuffisants,
détermination inexacte de la position de l’image nette, inexactitude de la valeur de la distance
focale indiquée sur la lentille, insuffisance du nombre de lentilles, erreurs de mesure, etc.).
• Pour les calculs, utiliser la calculette et/ou un tableur en téléchargeant et en ouvrant le fichier :
http://emmanuelhourdequin.free.fr/IMG/ods/Tableau_Formules_de_conjugaison_des_lentilles_mi
nces.ods
2/2